[發明專利]一種超高強度高韌性合金鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 201910625665.4
• 申請日: 2019-07-11
• 公開（公告）號: CN110306127B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 龐卓銳;付立銘;單愛黨
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C22C38/48
• 分類號: C22C38/48;C22C38/46;C22C38/44;C22C38/34;C22C38/04;C22C33/04;C21D1/18;C21D8/02
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種超高強度高韌性合金鋼，涉及金屬材料及加工技術領域，所述合金鋼中各組分的質量百分比為：0.35～0.45％的C，0.60～1.00％的Mn，1.50～1.80％的Si，0.60～1.00％的Cr，1.60～2.00％的Ni，0.30～0.50％的Mo，0.025～0.045％的Nb，0.05?0.10％的V，P≤0.010％，S≤0.005％，0.015～0.025％的La，余量為Fe和不可避免的雜質，且(Cr+Ni)/Mo的重量百分比在6.0～8.0之間。本發明還公開一種超高強度高韌性合金鋼的制備方法。本發明生產工藝簡單，生產設備要求低，生產效率高，便于工業化生產應用。

技術領域

本發明涉及金屬材料及加工技術領域，尤其涉及一種超高強度高韌性合金鋼及其制備方法。

背景技術

本發明提供的一種超高強度高韌性細晶合金鋼的合金元素總含量在7％左右，是一種低合金鋼。低合金超高強度鋼的含碳量一般在0.30％-0.50％左右，其強度主要取決于馬氏體中固溶的碳濃度，在回火馬氏體中碳質量分數每增加0.01％，鋼的抗拉強度提升約30MPa。隨著碳含量的增加，鋼的強度提升，延展性和韌性降低，導致冷加工和焊接性能惡化。鎳和錳是擴大奧氏體區元素，使過冷奧氏體轉變曲線的位置右移，鎳的加入還可以改變鋼中位錯滑移的特點，提高層錯能，提高鋼的韌性；鉻、鉬是中強碳化物形成元素，鉻、鉬的加入能夠推遲珠光體的形核和長大，提高鋼的淬透性；釩是強碳化物形成元素，釩的加入能夠增加碳化物的穩定性，阻礙奧氏體晶粒長大，細化馬氏體組織；硅是非碳化物形成元素，在鋼中對滲碳體的析出有強烈的延滯作用，能延緩馬氏體的脫溶分解，提高鋼的回火穩定性；鈮能夠阻礙奧氏體在高溫保溫過程中的再結晶動力學過程，細化奧氏體晶粒組織；稀土元素鑭能夠顯著推遲鋼的動態再結晶動力學過程，同時提高了奧氏體動態再結晶的激活能，提高溫軋變形過程中過冷奧氏體的穩定性，細化亞穩奧氏體晶粒。

對金屬結構材料而言，強度和韌性存在著難以調和的矛盾：材料強度的提升一般伴隨著韌性的降低，提高材料的韌性往往會犧牲材料的強度，因此材料的強韌化一直是結構材料的一個永恒的課題。晶粒細化是提升材料強度和韌性最有效的方法，同時還可以改善材料的加工成型性能，因此如何在現有技術的基礎上得到超細晶甚至納米晶組織是提高材料綜合力學性能的重要研究方向。劇烈塑性變形(Severe Plastic deformation,SPD)作為一種新興的塑性變形方法，可以在變形過程中引入大的應變量，從而有效細化晶粒，且獲得完整大尺寸塊體試樣，通過在變形過程中微觀組織的控制，可以同時獲得具有高強度與大塑性的塊體超細晶/納米晶材料。其最具代表性的工藝包括：高壓扭轉(High pressureand torsion，HPT)、等徑角擠壓變形(Equal channel angular pressing，ECAP)、累積疊軋(Accumulative Roll Bonding,ARB)等。大變形軋制作為SPD 的代表工藝之一，有著多道次累積變形量大，操作簡單，加工工件尺寸要求低等特點，是一種高效方便的晶粒細化方法。專利文獻CN107338393A介紹了一種高強度鋼板的生產方法，該鋼板碳質量含量在0.22％-0.30％，是一種低碳低合金鋼，該專利通過軋制結合低溫回火的方法，生產出屈服強度大于1400MPa的鋼板。專利文獻 CN105463329A介紹了一種全鐵素體基超高強鋼的生產方法，該方法通過控制鋼材的成分含量和比例，通過熱軋的方法制備了一種屈服強度≥900MPa，抗拉強度≥980MPa，延伸率≥15％的鐵素體高強鋼。